干细胞治疗女性压力性尿失禁的研究进展

黄国涛 洪 莉 何 勇 赵芷晗 左晓虎 韩武岳

根据国际尿控协会定义,在膀胱逼尿肌松弛状态下,由于腹压增加导致不自主的尿液溢出称为压力性尿失禁(stress urinary incontinence, SUI)。流行病学研究显示,全球约有2亿尿失禁患者,其中约1/2患者为SUI[1];我国成年女性 SUI患者的患病率约为18.9%,而年龄为50～59岁的SUI患者的患病率高达28.0%,并随人口老龄化而逐年上升[2]。该疾病是一个国际化、社会化的健康问题,严重影响女性患者的社会活动和身心健康。

干细胞在医学领域具有其独特的优势。首先,干细胞可以在体外进行高质量分离,并且具有分化成其他类型细胞的潜力。它们是非专能细胞,具有自我更新特性,每个子细胞可以保持未分化状态,且在适当的条件下,可以诱导其分化为具有特定功能的组织细胞。再者,研究表明干细胞具有抗菌、抗炎、促进血管生成、抗氧化应激以及抗凋亡等作用[3, 4]。此外,自体干细胞移植能够降低免疫排斥的风险。因此,理论上利用干细胞的多向分化潜能,可以诱导其分化为成肌细胞,从而解决尿道括约肌功能障碍的问题。本文总结了干细胞治疗SUI的相关研究进展,并讨论了其在SUI治疗中的挑战。

一、干细胞在压力性尿失禁治疗中的类型

近年来,骨骼肌、脂肪组织、骨髓和尿液等衍生的干细胞被广泛应用于基础研究,以探究治疗SUI的最佳策略。目前关于干细胞植入尿道括约肌治疗SUI的大多数论文都集中在动物实验上。此外,本文也总结了部分临床研究,并证实干细胞对于治疗SUI具有一定成效。

1.肌肉源性干细胞(muscle-derived stem cells, MDSCs)的植入治疗:MDSCs是肌卫星细胞的前身,其可以分化为肌肉和骨骼,并促进软骨愈合[5]。临床上肌肉组织来源丰富,在局部麻醉下就能够大量获取MDSCs。MDSCs最初来源于人体骨骼肌活检组织,并经过体外扩增后注入尿道括约肌以治疗SUI。研究显示自体肌肉来源的细胞能够成功整合到尿道组织中,并在短期内恢复尿道括约肌功能[6, 7]。但由于肌肉来源的干细胞增殖能力相对较弱,通常需要反复注射细胞以达到治疗效果。此外,治疗效果会随时间显著降低。

近年来报道了许多关于MDSCs植入治疗SUI的研究。Lee等[8]报道称,相较于注射牛胶原蛋白,向失阴部神经的大鼠注射MDSCs可以显著改善尿道括约肌功能,恢复漏尿点压和闭合压。此外,在大鼠体内注射MDSCs能够促进肌管和肌纤维的形成,且自体肌源性干细胞能够恢复受损的尿道括约肌功能,达到初始闭合压力值的80%[9]。综上所述,MDSCs植入治疗SUI在动物水平得到了较好验证。临床上,Carr等[10]报道了8例女性SUI患者(42～65岁)的1年随访情况,这些患者均在局部麻醉下接受了MDSCs注射治疗。结果显示5位(62.5%)女性患者的SUI症状有显著改善,其中1位实现了SUI症状完全消除。需要注意的是,活检过程异常痛苦,且需要进行多次肌肉活检才能获得足够数量的MDSCs,这势必会导致患者依从性差。此外,细胞收集过程操作不规范会增加患者感染风险。

2.脂肪源性干细胞(adipose-derived stem cells, ADSCs)的植入治疗:ADSCs在临床应用中具有较大优势,具体包括:①来源充足,可以通过常见的手术大量获取脂肪组织;②脂肪组织中ADSCs含量高,1g脂肪组织可以获得约1.5×107个ADSCs;③增殖能力强,在低血清培养基中也具备快速增殖的能力;④患者对重复采样的耐受性非常高。Fu等[11]成功地从大鼠腹股沟脂肪组织中分离了ADSCs,并在体外用5-Aza诱导ADSCs分化为成肌细胞。随后,将诱导的ADSCs注入大鼠的后尿道肌层,随访结果表明,ADSCs可用于治疗SUI。

近年来,关于ADSCs植入治疗SUI的实验研究显著增加。Lin等[12]研究发现,在SUI大鼠模型中,通过尿道/静脉注射ADSCs显著改善了大鼠的尿流动力学,且能够使弹性蛋白和平滑肌含量显著增加。Silwal等[13]报道,在尿道冻伤的兔模型中,与无细胞对照组比较,自体ADSCs植入能够重建植入部位的平滑肌。且在植入后第14天,漏尿点压显著改善。由此,临床前研究证实了ADSCs植入治疗SUI的可行性。临床上,Kuismanen等[14]提出将ADSCs和胶原蛋白凝胶联合,并通过膀胱镜经尿道植入尿道括约肌以治疗女性SUI。结果显示,60%患者经治疗后喷嚏试验为阴性,40%患者在1年的随访中SUI症状有所改善。Arjmand等[15]分别通过经尿道和经阴道两种途径将自体ADSCs植入到尿道周围区域以治疗10例女性SUI患者,并通过尿垫测试、ICIQ-SF评分和Qmax测量等方法证实治疗效果显著。此外,在一项ADSCs治疗女性SUI的前瞻性、非随机的Ⅰ～Ⅱa期临床试验中,5例女性患者(50%)的客观改善大于50%,主观改善从基线提高了70%～80%[16]。综上所述,ADSCs植入治疗SUI具有很大潜力。

3.骨髓间充质干细胞(bone marrow-derived mesenchymal stem cell, BMSCs)的植入治疗:BMSCs是骨髓内存在的一类非造血干细胞,其分布于体内多种组织和器官,且具有多向分化潜能,能够向内皮细胞、成骨系细胞、脂肪细胞、成纤维系细胞以及网状细胞等分化[17]。BMSCs具有明显优势:①容易获得足够数量的细胞用于治疗;②固有的黏附性使其易于贴壁生长;③可诱导尿道括约肌再生修复。

Corcos等[18]研究发现,在SUI动物模型中,尿道周围植入BMSCs可以恢复受损的尿道括约肌,并显著改善漏尿点压。Gunetti等[19]研究发现,在缺乏免疫抑制的情况下,BMSCs可以存活超过4个月,并且可以迁移到纤维间的肌肉和神经肌肉终板中。Kim等[20]利用自体BMSCs治疗雌性SUI大鼠。具体操作:体外培养BMSCs并诱导分化,随后植入雌性大鼠去神经支配的尿道括约肌。结果显示,植入BMSCs 4周后,漏尿点压和闭合压均显著改善,且植入的BMSCs对肌肉特异性标志物表现出较强的免疫反应性。此外,在神经肌肉双重损伤的SUI模型中,BMSCs可通过其细胞上清液的分泌蛋白组分发挥治疗作用,恢复受损部位弹性纤维密度和阴部神经束[21]。综上所述,多项研究成果充分证实了BMSCs用于治疗SUI的可行性。然而,类似于MDSCs,自体骨髓的提取过程同样异常痛苦。并且侵入性手术需要在麻醉下收集大量骨髓样品以获得足够的BMSCs,这将增加并发症发生风险。

4.尿源性干细胞(urine-derived stem cells, USCs)的植入治疗:USCs不需要借助酶消化来维持细胞的生长,因此,相较于其他类型的干细胞更容易获得足量的USCs,且USCs具有较强的体外增殖能力。再者,尿液样本的选择不受患者年龄的局限,这极大地提高了获取来源,且患者耐受良好。此外,有研究表明,尿液具有急性细胞毒性,能够损害植入体内的BMSCs的细胞活性,而USCs具有优于其他类型干细胞的抗尿液毒性的能力[22]。有研究显示,高达75%的USCs可以在尿液中存活24h,同时保留其原有的干细胞特性[23]。因此,USCs可能是基于干细胞疗法的最有希望的细胞来源。

Wu等[24]从6个健康个体(年龄为3～27岁)的31个尿液样本中分离出USCs,用含有小鼠血管内皮生长因子(vascular endothelial growth factor, VEGF)基因的腺病毒载体转染尿干细胞,并通过Ⅰ型胶原蛋白凝胶皮下注射到无胸腺小鼠中。结果表明,在转染的尿干细胞中存在更多的神经纤维和血管内皮生长因子,而VEGF的过表达增强了USCs的肌源性分化。类似地,Liu等[25]将合成的藻酸盐微珠和USCs包埋在Ⅰ型胶原蛋白凝胶中,并通过皮下注射到裸鼠中。结果显示,生长因子可以从微珠中持续释放,延长植入的干细胞存活时间,促进血管生成和神经再生,并在体内促进成肌谱系细胞的生长。由此可见,表达VEGF的USCs和Ⅰ型胶原蛋白凝胶联合注射有望通过促进肌肉再生修复来治疗SUI,并最终应用于临床。

二、干细胞在压力性尿失禁治疗中的挑战

尽管在多项基础实验中报道了干细胞疗法具有显著疗效,并且在SUI的治疗应用方面具有巨大潜力,但在临床转化过程中仍然存在许多挑战:(1)植入的干细胞存活寿命相对较短,研究表明,细胞外基质的分离引起的细胞凋亡、缺血以及炎性反应等可能是导致在植入后第一周观察到细胞死亡的主要原因[26]。(2)年龄是利用生物工程技术获得足量优质肌肉样本的主要制约因素[27],如何扩大样品来源是我们未来需要努力的主方向之一。此外,随着年龄的增长,尿道组织的神经密度逐渐下降,而组织中神经密度的下降与横纹肌密度的降低密切相关[28]。再者,神经密度下降与肌肉细胞数量减少也具有很强的相关性[28]。然而,目前针对SUI干细胞疗法的研究大部分集中在修复尿道括约肌和促进血管再生,而忽略了周围神经的修复再生。(3)目前国际上缺乏干细胞治疗的细胞剂量的统一标准,干细胞疗法需要的细胞数量从(0.5～128.0)×106个不等,尚需确定最合适的细胞剂量。(4)有研究显示干细胞移植能够增加体内肿瘤转化的风险,因此需要进行后续研究以确保干细胞移植治疗的安全性[29, 30]。(5)理想的SUI动物模型更能准确地还原疾病发生、发展过程。SUI疾病的发生、发展是一个慢性过程,而上述提及的SUI动物模型基本都是基于离断阴部神经法或阴道球囊扩张法建立的,这无法真正模拟大多数SUI患者的病理生理过程。Pauwels等[31]建立了慢性SUI大鼠模型,结果显示,在整个研究期间,尿道移位组的所有大鼠均不断漏尿,而阴道扩张组的多数大鼠自发恢复控尿能力(1～2周内),因此需要重复阴道扩张以确保成功建立SUI模型。为了更好地还原SUI的发生、发展过程,建议在基础实验中应更多地采用慢性SUI动物模型。

三、展 望

SUI是一种广泛存在于中老年女性的疾病,传统的外科治疗方法创伤大、成本高,术后并发症和复发率高,且主要针对重症患者。以干细胞为基础的细胞疗法的出现势必为SUI的治疗提供新的思路。已发表的数据表明,干细胞移植作为SUI的治疗手段具有极其广阔的应用前景,目前已在进行临床试验。但目前仍然缺少最佳的SUI治疗方法。需要进行更多的临床前研究以确定干细胞注射的最佳时机和途径。此外,干细胞最佳类型的选择,SUI动物模型,干细胞的植入位置,干细胞的剂量以及长期的安全性和功效等许多基本问题还需要进一步研究。